DE1223465B - Nuclear reactor with an accumulation of shaped bodies in the fission zone - Google Patents
Nuclear reactor with an accumulation of shaped bodies in the fission zoneInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.:Int. Cl .:
G21cG21c
Deutsche KL: 21g-21/20German KL: 21g-21/20
Nummer: 1 223 465Number: 1 223 465
Aktenzeichen: O 9589 VIII c/21:File number: O 9589 VIII c / 21:
Anmeldetag: 1. August 1963Filing date: August 1, 1963
Auslegetag: 25. August 1966Opening day: August 25, 1966
Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einer Aufschüttung von Formkörpern in der Spaltzone, welche allseitig von den Wänden des Reaktorgefäßes umschlossen ist, wobei das Durchleiten des Kühlgases durch die Schüttung von unten nach oben erfolgt, und bei dem auf die Schüttung ständig eine Niederhaltekraft wirkt, welche ein Abheben der Formkörper verhindert.The invention relates to a nuclear reactor with an embankment of shaped bodies in the cleavage zone, which is enclosed on all sides by the walls of the reactor vessel, the passage of the cooling gas takes place through the bed from bottom to top, and in which on the bed constantly one A hold-down force acts, which prevents the moldings from lifting off.
Kernreaktoren mit einer Schüttung von kleinen, beispielsweise kugelförmigen Formkörpern, die in verschiedener Zusammensetzung Spaltstoffe, Brutstoffe bzw. Moderatorstoffe enthalten, weisen verschiedene Vorteile auf. Einer der wesentlichsten beruht auf der Möglichkeit, das Core-Volumen in gewissen Grenzen zu verändern, um so Reaktivitätsänderungen verschiedenster Ursache auszugleichen; man benötigt in diesem Fall keine Absorberstäbe zur Steuerung. Es entfällt daher auch der Einbau von Überschußreaktivität zur Kompensation des Abbrandes. aoNuclear reactors with a bed of small, for example spherical, shaped bodies that are in different composition contain fissile materials, breeding materials or moderator materials, have different Benefits on. One of the most essential is based on the possibility of the core volume in certain To change boundaries in order to compensate for changes in reactivity of various causes; In this case, no absorber rods are required for control. There is therefore no need to install Excess reactivity to compensate for the burn-off. ao
Bei den bisher bekanntgewordenen Reaktoren mit einer Schüttung von Formkörpern werden die Formkörper meist von oben her in ein zumeist zylindrisch geformtes Gefäß eingebracht und unten wieder abgezogen. Die Schüttung, die sich praktisch wie eine Flüssigkeit verhält, paßt sich seitlich und unten an die Form des Reaktorgefäßes an, während sich oben eine durch die Art der Schüttung und die Eigenschaften des Schüttgutes bestimmte kegelförmige freie Oberfläche ausbildet.In the previously known reactors with a bed of shaped bodies, the shaped bodies are usually introduced from above into a mostly cylindrically shaped vessel and withdrawn again from below. The bulk, which behaves practically like a liquid, adapts to the sides and below the shape of the reactor vessel, while the top one is determined by the type of bed and the properties of the bulk material forms certain conical free surface.
Als Beispiel sei der Kugelhaufen-Hochtemperaturreaktor angeführt. Eine Variante dieser Reaktorgruppe verwendet als Schüttgut Kugeln aus Graphit mit Spaltstoff-Bruteinsatz im gewünschten Atomverhältnis. Das keramische Material der Formkörper ermöglicht im Verein mit einem inerten Kühlgas hohe Temperaturen im Reaktor und damit die Erzielung eines hohen thermischen Wirkungsgrades.The pebble-bed high-temperature reactor is an example cited. A variant of this group of reactors uses graphite spheres as bulk material with brood insert in the desired atomic ratio. The ceramic material of the molded body in combination with an inert cooling gas, enables high temperatures in the reactor and thus the achievement a high thermal efficiency.
Aus einer Reihe von Gründen — vor allem, um die abstützende Konstruktion nicht an das heiße
Ende legen zu müssen — wird bei den meisten bisher bekannten Anlagen und Projekten das Kühlgas
von unten durch die Schüttung geblasen. Dadurch wird aber auch die Mindestgröße der Formkörper
festgelegt. Diese müssen nämlich so schwer sein, daß sie durch den Kühlgasstrom nicht abgehoben
werden. Darin liegt jedoch eine nicht erwünschte Beschränkung in der Wahl der Größe der
Formkörper. Der Übergang zu kleineren Formkörpern würde sowohl eine Verminderung der Heizflächenbelastung
bzw. eine Vergrößerung der Leistungsdichte, als auch eine optimale Auslegung der
Kernreaktor mit einer Aufschüttung von
Formkörpern in der SpaltzoneFor a number of reasons - above all in order not to have to put the supporting structure at the hot end - in most of the previously known systems and projects, the cooling gas is blown through the bed from below. However, this also defines the minimum size of the shaped bodies. This is because these must be so heavy that they are not lifted off by the flow of cooling gas. However, this is an undesirable restriction in the choice of the size of the shaped bodies. The transition to smaller shaped bodies would both reduce the heating surface load or increase the power density, as well as an optimal design of the nuclear reactor with an embankment of
Moldings in the cleavage zone
Anmelder:Applicant:
österreichische Studiengesellschaft fürAustrian study society for
Atomenergie Ges. m. b. H., WienAtomic energy Ges. M. B. H., Vienna
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. F. Eideneier, Patentanwalt,Dipl.-Ing. F. Eideneier, patent attorney,
Stuttgart, Neckarstr. 50Stuttgart, Neckarstr. 50
Als Erfinder benannt:
Dr. Hans Grümm,
Dipl.-Ing. Hermann Jauk,
Dipl.-Ing. Norbert Schwarz,.WienNamed as inventor:
Dr. Hans Grümm,
Dipl.-Ing. Hermann Jauk,
Dipl.-Ing. Norbert Schwarz, Vienna
Beanspruchte Priorität: : Claimed priority:
Österreich vom 4. August 1962 (A 6309/62)Austria from August 4, 1962 (A 6309/62)
Formkörpergröße im Hinblick auf die Resonanzabsorption gestatten und überdies die Zentraltemperatur im Formkörper herabsetzen. Die Verwendung verschieden großer Formkörper würde eine Verbesserung des Füllgrades in der Schüttung ergeben. Das Ziel vorliegender Erfindung ist es, die oben angeführten Verbesserungen im Hinblick auf die Elementengröße zu erschließen, indem die dargelegte Beschränkung der Formkörpergröße beseitigt wird.Allow molded body size in terms of resonance absorption and, moreover, the central temperature reduce in the molded body. The use of moldings of different sizes would be an improvement the degree of filling in the bed. The aim of the present invention is to achieve the above Improvements in terms of element size can be tapped by the limitation set forth the molding size is eliminated.
Eine Möglichkeit hierzu ist bereits bekanntgeworden. Sie besteht darin, daß man zu einer radialen Gasführung übergeht. Dabei muß man jedoch die Gaszuführung oder -abführung in das Zentrum der Spaltzone verlegen, was eine Verschlechterung der Neutronenökonomie nach sich zieht.One possibility for this has already become known. It consists in becoming a radial Gas routing passes. In this case, however, the gas supply or discharge must be in the center of the Relocate the fissure zone, which leads to a deterioration in the neutron economy.
Die genannten Nachteile werden beim eingangs genannten Reaktor dadurch beseitigt, daß erfindungsgemäß der Boden bzw. Deckel des Gefäßes so bewegbar ist und/oder daß ein Verdrängungskörper bzw. ein entsprechend hohes oder ein entsprechend geformtes mit Formkörpern gefülltes Einfüllrohr eine der Wände des Gefäßes so durchsetzt, daß bei jeder beliebigen Schütthöhe das Schüttgut den zur Verfügung stehenden Raum völlig ausfüllt und unter Druck steht. Dadurch wird sichergestellt, daß der Durchfluß von Kugeln ungestört vor sich geht und auch größere Volumenänderungen, wie sie sich seitens der Reaktivitätssteuerung als nötig erweisen, möglich sind.In the reactor mentioned at the outset, the disadvantages mentioned are eliminated by the fact that according to the invention the bottom or cover of the vessel is movable and / or that a displacement body or a correspondingly high or a correspondingly shaped filler pipe filled with molded bodies the walls of the vessel penetrated so that the bulk material is available for any bulk height completely fills the standing space and is under pressure. This ensures that the Flow of balls goes on undisturbed and also larger volume changes as they move turn out to be necessary on the part of reactivity control, are possible.
609 657/313609 657/313
Fi g. 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen, wie auf die Schüttung eine Niederhaltekraft ausgeübt wird;Fi g. 1 to 4 show different embodiments, how a hold-down force is exerted on the bed;
Fig.4 bis 8 zeigen verschiedene Einrichtungen zum Abführen von Fonnkörpern.4 to 8 show various devices for discharging molded bodies.
In der einfachsten Form kann der Grundgedanke der Erfindung in der im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dargestellten Art und Weise verwirklicht werden. Das Reaktorgefäß 1 hat einen festen unteren Boden 2 mit hinreichend kleinen Öffnungen, durch die das Kühlgas nach oben durchtreten kann, ohne daß jedoch die Kugeln der Reaktorfüllung 3 nach unten austreten können. In der Mitte des Bodens 2 mündet das Ablaßrohr 4 mit dem Ablaßmechanismus 5. Bis hierher entspricht F i g. 1 bekannten Ausführungen. Der Kugelhaufen 3 wird gemäß der Erfindung belastet durch den beweglichen Deckel 6, der z. B. auch flach gedacht werden kann, zweckmäßigerweise aber mit einer Neigung ausgeführt wird, die größer ist als der freie Böschungskegel der Schüttung. Das Gewicht des beweglichen Deckels 6 ist so gehalten, daß ein Abheben von Kugeln aus dem Haufen 3 bei allen denkbaren Betriebszuständen verhindert wird. In der Regel wird man den Deckel gleichzeitig als Neutronenreflektor ausführen und gegebenenfalls sein Gewicht zum Teil durch Gegengewichte 6 α abfangen. Der bewegliche Deckel 6 ist von hinreichend kleinen Öffnungen für den Austritt der heißen Gase durchsetzt und außerdem vom Füllrohr 8 für die Zufuhr von neuen Kugeln aus dem Füllmechanismus 9. Es können selbstverständlich mehrere Füllrohre vorgesehen werden.In its simplest form, the basic idea of the invention can be implemented in the manner shown in the exemplary embodiment in FIG. 1. The reactor vessel 1 has a solid lower base 2 with sufficiently small openings through which the cooling gas can pass upwards, but without the balls of the reactor filling 3 being able to escape downwards. In the middle of the bottom 2, the drain pipe 4 opens with the drain mechanism 5. Up to this point, F i g. 1 known versions. The ball pile 3 is loaded according to the invention by the movable cover 6, the z. B. can also be thought of as flat, but is expediently carried out with an inclination that is greater than the free slope cone of the bed. The weight of the movable cover 6 is held so that lifting of balls from the pile 3 is prevented in all conceivable operating states. As a rule, the cover will be designed as a neutron reflector at the same time and, if necessary, its weight will be partially absorbed by counterweights 6 α . The movable cover 6 is penetrated by sufficiently small openings for the exit of the hot gases and also by the filling tube 8 for the supply of new balls from the filling mechanism 9. Several filling tubes can of course be provided.
F i g. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem jedoch der obere Deckel, ebenso wie der untere, fest eingebaut ist. Die Belastung des Kugelhaufens erfolgt durch den Verdränger?, der auch in mehreren Exemplaren ausgeführt werden kann. Der obere Deckel wird wieder von den Fülkohren8 durchsetzt, an die sich der Füllmechanismus 9 anschließt. Zweckmäßigerweise wird der Verdränger 7 mit Reflektormaterial gefüllt; sein Gewicht wird gegebenenfalls durch Gegengewichte im gewünschten Maß oder andere, an sich bekannte Mittel, abgefangen. F i g. 2 shows a second embodiment, in which, however, the upper cover, as well as the lower, is permanently installed. The ball pile is loaded by the displacer? Which is also in several Copies can be executed. The upper lid is again from the Fülkohren8 interspersed, to which the filling mechanism 9 is connected. The displacer 7 is expediently filled with reflector material; its weight is if necessary by counterweights in the desired Measure or other known means intercepted.
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel verwendet einen festen oberen Deckel 6 und einen beweglichen unteren Deckel 2, gehalten durch Gegengewicht 6 a. The embodiment shown in Fig. 3 uses a fixed upper cover 6 and a movable lower cover 2, held by a counterweight 6 a.
Eine wichtige Bemerkung betrifft die Füllrohre 8 in sämtlichen Ausführungsbeispielen. Hier sind zwei Varianten möglich. Führt man die Rohre relativ kurz aus, so kann das Gewicht der Formkörpersäule im Rohr den Abhebekräften in der Sehüttung nicht das Gleichgewicht halten. Der Füllmechanismus 9 muß dann neue Formkörper unter Druck zuführen. Man kann die Füllrohre aber auch so lang ausführen, daß die in ihnen stehende Formkörpersäule den Abhebekräften in der Sehüttung das Gleichgewicht hält. Es bildet' sich damit im Füllrohr eine freie Oberfläche des Füllgutes aus, was eine vereinfachte Gestaltung des FüHmeGhanismus 9 ermöglicht. Die Gefahr eines Abhebens der Formkörper besteht hier nicht, da die Füllrohre vom Kühlgas nicht durchströmt werden.An important remark concerns the filling tubes 8 in all of the exemplary embodiments. Here are two Variants possible. If the tubes are made relatively short, the weight of the shaped body column in the pipe, the lifting forces in the heap cannot keep the equilibrium. The filling mechanism 9 must then feed new moldings under pressure. The filling tubes can also be made as long as that the shaped body column standing in them the lifting forces in the Sehüttung the equilibrium holds. A free surface of the filling material is thus formed in the filling tube, which simplifies one Design of the FüHmeGhanismus 9 made possible. the There is no risk of the shaped bodies lifting off here, since the cooling gas does not flow through the filling tubes will.
Die Füllrohre mit freier Oberfläche des Füllgutes ermöglichen eine besonders einfache Gestaltung des Ablaßmechanismus nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren und damit eine maximale Annäherung an die bekannten Vorteile des rein homogenen Reaktors.The filling tubes with a free surface of the filling material allow a particularly simple design of the Drain mechanism based on the communicating principle Tubes and thus a maximum approximation of the well-known advantages of the purely homogeneous Reactor.
Die F i g. 4 bringt ein Ausführungsbeispiel. Über der Spaltzone 11 steht im Füllrohr 8 eine Säule aus Fönnkörpeffi, welche die nötige Niedefhaltekraft aufbringt. Der Ablaß erfolgt durch den Syphon l3 mit Absperrschieber 14. Am Auslauf ist ein durch den Motor 15 bewegbares Uberschubrohr 16 angebracht, mit dem der Überlauf geregelt werdenThe F i g. 4 brings an exemplary embodiment. A column protrudes from the filling pipe 8 above the gap zone 11 Fönnkörpeffi, which have the necessary low holding force brings up. Drainage takes place through the siphon 13 with shut-off valve 14. At the outlet there is attached a sleeve pipe 16 that can be moved by the motor 15, with which the overflow can be regulated
ίο kann. Die überlaufenden Formkörper gelangen in den Vorratsbehälter 17 und laufen über die Prüfstation pneumatisch entweder in den Abfall 18 oder, vermehrt durch frisch zugeführte Formkörper 19, über die Steigleitung 10 zurück in das Füllrohr.ίο can. The overflowing moldings get into the storage container 17 and run pneumatically via the test station either into the waste 18 or, increased by freshly supplied molded body 19, via the riser 10 back into the filling pipe.
Um ein Steckenbleiben der Formkörper zu verhindern, ist das Abflußrohr in bekannter Weise mit mehrfachem Formkörperdurchmesser ausgeführt und gegebenenfalls mit einem Vibrator versehen zu denken. In order to prevent the molded body from getting stuck, the drain pipe is connected in a known manner Executed multiple molded body diameter and possibly provided with a vibrator to think.
zo Das Auslaüfröhr20"mündet gemäß Fig. 5 in ein Gefäß 21, dessen Oberkante 26 sich in einem vorbestimmten Abstand von der Unterkante 27" des Aüslaufrohres 20 befindet. Dieser Abstand wird durch den Schüttkegel der Formkörper 19 bestimmt.zo The Auslaüfröhr20 "opens according to FIG. 5 into a Vessel 21, the upper edge 26 of which is at a predetermined distance from the lower edge 27 ″ of the outlet pipe 20 is located. This distance is determined by the cone of the shaped bodies 19.
Durch Senken des Gefäßes 21, das ist Vergrößern des Abständes, wird der Neigungswinkel des Schüttkegels überschritten und die Formkörper 19 beginnen aus dem Auslaufrohr 20 abzufließen. Die Formkörper können in am Außenrand des Gefäßes befestigte Rinnen 22 mit etwa einem Kugeldurchmesser hineinfallen Und, sind auf diese Art hintereinander aufgereiht. Sie können von hier leicht einzeln weiterbefördert Werden; beispielsweise durch ein mit Preßluft betriebenes Rohrsystem, Die Rinnen 22 können kreisförmige oder spiralförmige Gestalt haben und auch in der Form von Schraubenlinien geneigt sein.By lowering the vessel 21, that is, increasing the distance, the angle of inclination of the cone of repose becomes exceeded and the molded bodies 19 begin to flow out of the outlet pipe 20. The moldings can fall into grooves 22 with about a ball diameter attached to the outer edge of the vessel And, are lined up in this way. From here they can easily be transported one by one Will; for example by a pipe system operated with compressed air, the channels 22 can circular or spiral shape and also be inclined in the shape of helical lines.
Eine weitere Möglichkeit ist in F i g. 6 gezeigt, woAnother possibility is shown in FIG. 6 shown where
die Formkörper aus dem Gefäß 21 gesaugt werden^ Dies kann durch eine bewegliche trichterförmige Saugöffnung 23 geschehen, welche die Formkörpej dem oben beschriebenen Rohrsystem zuführt.the molded body can be sucked out of the vessel 21 ^ This can be done by a movable funnel-shaped Suction opening 23 happen, which the Formkörpej the pipe system described above.
Andere Möglichkeiten sind in den F i g. 7 und 8 gezeigt. Am unteren Ende des Auslaufrohres 20 befindet sich eine Erweiterung 24 mit vorgegebener Form, in welche ein entsprechendes Gegenstück 25 hineinragt. Der Durchfluß der Formkörper 19 kann durch Heben und Senken des Gegenstückes 25 geregelt werden. Zur Verbesserung des Durchflusses kann das Gegenstück 25 rotierbar gemacht werden.Other possibilities are shown in FIGS. 7 and 8 shown. Located at the lower end of the outlet pipe 20 An extension 24 with a predetermined shape, in which a corresponding counterpart 25 protrudes. The flow through the molded body 19 can be regulated by raising and lowering the counterpart 25 will. To improve the flow, the counterpart 25 can be made rotatable.
Die Weiterbeförderung der Formkörper kann wie bei 1 entwedef durch Austreten in Rinnen oder durch Ansaugen aus einem Sammelgefäß in ein Preßluftsystem erfolgen.As in 1, the molded bodies can either be conveyed onward by exiting them into channels or through Suction take place from a collecting vessel into a compressed air system.
Claims (8)
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1106 432,
1132261;
USA.-Patentschrift Nr. 2975116.Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1106 432,
1132261;
U.S. Patent No. 2975116.
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